DE2332576B2

DE2332576B2 - Verwendung einer nickel-kobalt-eisen- knetlegierung

Info

Publication number: DE2332576B2
Application number: DE19732332576
Authority: DE
Inventors: John Jefferson Willenhall Staffordshire Mason (Grossbritannien)
Original assignee: Inco Ltd
Current assignee: Inco Ltd
Priority date: 1972-06-28
Filing date: 1973-06-27
Publication date: 1977-01-27
Also published as: JPS4952714A; NL7308846A; IT986221B; AU466399B2; SE395288B; NL165221C; ATA563073A; BE801620A; FR2190931B1; DE2332576A1; JPS5621822B2; AT327572B; AU5739973A; ES416345A1; CH577563A5; GB1428127A; FR2190931A1; NL165221B

Description

(%Ni) + (%Co) - 3,7 (%Ti) = 38,5 bis 413

genügt als Werkstoff für Gegenstände, die nach einem halbstündigem Lösungsglühen bei 800⁰C und einem vierundzwanzigstündigen Aushärten bei 600⁰C bei 300° C eine Zugfestigkeit von mindestens 920 MN/m² sowie im Temperaturbereich von 20 bis 300⁰C einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 3,0 bis 5,0 χ 10-*/°C besitzen müssen.

2. Verwendung einer Knetlegierung nach Anspruch 1, deren Gesamtgehalt an Titan jedoch den Gehalt an freiem Titan um das Vierfache des Kohlenstoffgehaltes übersteigt, für den Zweck nach Anspruch 1.

3. Verwendung einer Knetlegierung nach Anspruch 1 oder 2. deren Gehalt an freiem Titan jedoch mindestens 1,8% beträgt, für den Zweck nach Anspruch 1.

4. Verwendung einer Knetlegierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, deren Kohlenstoffgehalt jedoch unter 0,02% liegt, für den Zweck nach Anspruch 1.

5. Nickel-Kobalt-Eisen-Knetlegierung mit 13,8 bis 13.9% Kobalt, 1,95 bis 2,05% freies Titan, 31,5 bis 34,5% Nickel und 0,002 bis 0,045% Kohlenstoff, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen.

6. Knetlegierung nach Anspruch 5, die jedoch jeweils höchstens 0,2% Aluminium, Mangan und/ oder Silizium enthält.

7. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 5 oder 6 für den Zweck nach Anspruch 1.

,o

₂₅

70

40 Srung hat sich in großem Maße in die führt, besitzt jedoch nicht die Festigkeit, die wert wäre. Die Erfindung .st daher auf die amine einer solchen Legierung gerichtet. DaTftan erhöht die Festigkeit in Nickel-Kobalt-Fkpn Legierungen; dabei muß jedoch nach bisheriger Auffassung im Hinblick auf einen niedrigen Ausdehnungskoeffizienten der Titangehalt mnerhaA enger Gehaltsgrenzen liegen. Im einzelnen galt bislang daß Ηργ Ausdehnungskoeffizient im Temperaturbereich von beispTeLwelse 25 bis 300°C oder 500°C bei einem Titangehalt von etwa 1,5% em Minimum erreicht und be efnem Titangehalt über 1.5% rasch ansteigt. Des weiteren ergibt sich aus den Diagrammen der beiden TrwXen Wmscbriften. daß der Wärmeausdehnunsskoeffizient auch vom Kobaltgehalt abhangig ist.

Der Erfindung liegt nun d.e Aufgabe zugrunde, Nickel-Kobalt-Eisen-Knetlegierungen vorzuschlagen, die s.ch als Werkstoff für Gegenstände eignen die nach einem halbstündigen Lösungsglühen bei 800 C und enem 24stündigen Ausharten bei 600⁰C be, einer Temperatur von 300⁰C eine Zugfest.gke.t von mindestens 920 MN/m* sowie im Temperaturbereich von 20 bis 300⁰C einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 3 0 bis 5 0 χ 10-"/'- C besitzen müssen. Die Lösung dieser Aufgabe basiert auf der Feststellung daß der Titangehalt und damit auch die Festigkeit ohne Erhöhung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten gesteigert werden können wenn sich der Nickelgehalt innerhalb eneer vom jeweiligen Kobalt- und Titangehalt abhängiger Gehaltsgrenzen bewegt. Hiervon ausgehend besteht die Erfindung darin, für den vorerwähnten Verwendungszweck eine Nickel-Kobalt-Eisen-Knetlegierung mit 12 bis 16% Kobalt, 1.75 bis 2,5% freies Titan. 26 bis 39% Nickel. 0 bis 2% Kupfer und unter 0,05% Kohlenstoff Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen, die der Bedingung

(%Ni) + (%Co) - 3.7 (%Ti) = 38.5 bis 41,5

genügt, zu verwenden.
Vfi d

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung einer Nickel-Kobalt-Knetlegierung mit 12 bis 16% Kobalt, 1,75 bis 2.5% freies Titan, 26 bis 39% Nickel, 0 bis 2% Kupfer und unter 0.05% Kohlenstoff, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen, die der Bedingung

(%Ni) + (%Co) - 3,7 (⁰ZoTi) = 38,5 bis 41.5

genügt.

In der deutschen Patentschrift 11 65 878 und der britischen Patentschrift 8 61 458 wird eine titanhaltige Nickel-Kobalt-Eisenlegierung mit einer günstigen Kombination technologischer Eigenschaften, insbesondere einem niedrigen Ausdehnungskoeffizienten, hoher Festigkeit im ausgehärteten Zustand und guter Kaltverformbarkeit beschrieben.

Die bekannte Nickel-Kobalt-Eisen-Legierung besteht aus 22 bis 36% Nickel, 5 bis 30% Kobalt, 1,25 bis 1,75%

nügt, zu verwenden. _

Die Verfestigung durch das Titan basiert auf einer intermetallischen (Ni₃Ti)-Phase, in die das an Kohlenstoff gebundene Titan nicht übergeht. Demzufolge kommt es wesentlich auf den Gehalt an freiem Titan an und übersteigt der Gesamtgehalt an Titan vorzugsweise den Gehalt an freiem Titan um das Vierfache des Kohlenstoffgehaltes, der vorzugsweise unter 0,02%, bes'pr noch unter 0,001% gehalten wird.

Der Gehalt an freiem Titan beträgt vorzugsweise

mindestens 1,8%. Die obere Grenze liegt deswegen bei

2 5% weil höhere Titangehalte die Raumtemperatur-

Dukt'ilität der Legierung im ausgehärteten Zustand beeinträchtigt.

Da sich Kupfer nachteilig auf den Ausdehnungskoeffizienten auswirkt, ist die Legierung vorzugsweise kupferfrei. An Verunreinigungen kann die Legierung Aluminium, Mangan und Silizium bis je 0,2% enthalten.

Die Legierung besitzt nach einem halbstündigen Lösungsglühen bei 800°C und einem vierundzwanzigstündigen Aushärten bei 600^rC im allgemeinen eine 65 Zugfestigkeit von 920 bis 1330 MN/m* bei 300⁰C. Ihre Festigkeit ist normalerweise jedoch beträchtlich höher im Gegensatz zu der aus der deutschen Patentschrift 11 65 878 bekannten Legierung, deren Zugfestigkeit bei

30O⁰C nur 890 MN/m² beträgt Hinzu kommt, daß die Erhöhung der Festigkeit mit einer Verringerung der Wärmedehnung verbunden ist Obgleich die in Rede stehende Legierung im allgemeinen 24 Stunden bei 600⁰C ausgehärtet wird, wenn sich der Gehalt an freiem Titan im oberen Bereich von 1,75 bis 2,5% bewegt, läßt sich eine optimale Kombination von Festigkeit und Ausdehnungsverhalten bei einem acht bis vierundzwanzigstündigen Glühen bei 650⁰C erreichen.

Im allgemeinen beträgt der Wärmeausdehnungs- >o koeffizient der Legierung 3,0 bis 5,0 χ 10-⁶/°C im Temperaturbereich von 20 bis 300⁰C, während der Wärmeausdehnungskoeffizient der vorerwähnten bekannten Legierung 7,67 χ 10-⁶/° C beträgt

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen des näheren erläutert

Beispiel 1

Eine Legierung mit 13,8% Kobalt, 34,5% Nickel, 2,05% Titan und 0,002% Kohlenstoff, Rest einschließlieh erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen wurde zu Quadratstäben mit einer Kantenlänge von 12 mm ausgeschmiedet. Die Stäbe wurden dann 15 Minuten bei 800⁰C geglüht, in Luft abgekühlt und alsdann 24 Stunden bei 600⁰C ausgehärtet sowie anschließend untersucht. Dabei ergaben sich folgende Daten:

Temperatur ("C)	Streckgrenze (MN/m*)	Zugfestigkeit (MN/m*)
20 300	1085 914	1330 1070
	Temperatur ("C)	Ausdehnungs koeffizient (⁰C χ 10-⁶)
	20-200 20-300 20-400 20-500	5.1 5.0 5.5 7.5

Beispiel 2

35

40

45

Unter den im Zusammenhang mit Beispiel 1 beschriebenen Bedingungen wurde eine weitere Legierung mit 13,9% Kobalt, 31,5% Nickel, 1,95% Titan und 0,045% Kohlenstoff, Rest Eisen einsch ießlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen ausgeschmiedet und untersucht. Dabei ergaben sich folgende Daten:

Temperatur CQ	Streckgrenze (MN/m²)	Zugfestigkeit (MN/m*)
20 300	1000 875	1290 1045
	Temperatur CQ	Ausdehnungs koeffizient (⁰C χ 10-⁶)
	20-200 20-300 20-400 20-500	3.0 3.1 4.8 67

Die Ausführungsbeispiele zeigen, daß Legierungen mit hoher Festigkeit und gutem Ausdehnungsverhalten 13,8 bis 13,9% Kobalt, 1,95 bis 2,05% freies Titan, 31.5 bis 34.5% Nickel und 0,002 bis 0,045% Kohlenstoff, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen enthalten können und der Bedingung

(%Ni) + (%Co) - 3,7 (%Ti) = 38,5bis41,5

genügen.

Die Legierung eignet sich insbesondere als Werkstoff für Gegenstände, die eine hohe Maßhaltigkeit bei Gebrauchstemperaturen von Raumtemperatur bis 500⁰C besitzen müssen, wie beispielsweise Bauteile, die im Gebrauch hohen Temperaturen unterliegen und bei 300°C eine Zugfestigkeit von mindestens 920 MN/m² sowie im Temperaturbereich von 20 bis 300⁰C einen mittleren Ausdehnungskoeffizienten von 5,0 χ 10"⁶ besitzen müssen.

Die Legierung ist beispielsweise als Werkstoff für rotierende oder hin- und hergehende Maschinenteile wie Turbinenwellen geeignet, die außerordentlich maßhaltig sein müssen und den verschiedensten Temperaturen zwischen Raumtemperatur und 300⁰C oder auch bis beispielsweise 500⁰C unterliegen sowie ein genau eingestelltes Spiel besitzen müssen. Dies gilt insbesondere für Hochleistungsantriebe von Landfahrzeugen, Schiffen und Flugzeugen.

Die ausgezeichnete Kombination eines geringen Ausdehnungskoeffizienten und einer hohen Zugfestigkeit bedingt außerdem eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit, so daß die Legierung sich auch als Werkstoff für Kolbenboden und Ventile von Dieselmotoren, Schmiedegesenke und Werkzeuge wie Reibahlen. Bohrstangen und -wellen, Schäfte für Hartmetall- und andere mit Plättchen versehene Werkzeuge, Walzen und Elemente von thermostatischen Bimetallen eignet.

Claims

Patentansprüche: Titan unter 0,05% Kohlenstoff und 0 bis 2% Kupfer, Rest Eisen einschließlich erschmelzungsbedingter Ver-

1. Verwendung einer Nickel-Kobalt-Eisen-Knetlegierung mit 12 bis 16% Kobalt, 1,75 bis 2,5% freies Titan, 26 bis 39% Nickel, 0 bis 2% Kupfer und unter 0,05% Kohlenstoff, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen, die der Bedingung